一種基于分層邏輯的路由隔離技術(shù)

程亮亮，唐銘奎

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510663）

0 引 言

常見戰(zhàn)術(shù)窄帶通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渲饕蓛蓚€(gè)部分構(gòu)成，一部分是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不會(huì)頻繁變動(dòng)的骨干網(wǎng)，另一部分是可以根據(jù)需要靈活移動(dòng)的接入子網(wǎng)。接入網(wǎng)路由如果不進(jìn)行隔離，則任何一個(gè)接入子網(wǎng)的拓?fù)渥儎?dòng)都會(huì)在全網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)散，造成全網(wǎng)的路由計(jì)算與重新收斂，這樣會(huì)占用戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)大量的信道開銷及帶寬，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性差、有效傳輸成功率較低。

1 現(xiàn)狀分析

戰(zhàn)術(shù)接入網(wǎng)存在頻繁變動(dòng)的需求，應(yīng)對目前頻繁的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓斜匾芯恳环N高效技術(shù)機(jī)制來保證拓?fù)浞€(wěn)定的骨干網(wǎng)不受接入子網(wǎng)拓?fù)渥儎?dòng)的影響，保障接入網(wǎng)的拓?fù)渥儎?dòng)只局限于有限的接入網(wǎng)自身范圍而不會(huì)通過骨干網(wǎng)再擴(kuò)散到其他接入網(wǎng)，可通過路由分層實(shí)現(xiàn)屏蔽網(wǎng)絡(luò)特性的變化[1]。

在戰(zhàn)術(shù)帶寬較窄的通信網(wǎng)絡(luò)里，常用的方法是特定隧道封裝。作為常見解決網(wǎng)絡(luò)路由隔離的方法，當(dāng)接入子網(wǎng)存在頻繁的入網(wǎng)和退網(wǎng)需求時(shí)，可以使拓?fù)浞€(wěn)定的骨干網(wǎng)不受子網(wǎng)拓?fù)渥儎?dòng)的影響。接入子網(wǎng)的拓?fù)渥儎?dòng)只局限于接入網(wǎng)自身范圍不會(huì)通過骨干網(wǎng)再次擴(kuò)散至其他接入子網(wǎng)。

目前，特定隧道封裝技術(shù)具有在全鏈路上保持傳輸源與目的信息，為以后能承載各類復(fù)雜業(yè)務(wù)提供支撐的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)它也存在很明顯的缺點(diǎn)，如IP傳輸效率有部分降低。如果包長是1 500字節(jié)，則傳輸效率由98.6%降為98.1%；而如果包長是100字節(jié)，則傳輸效率由80%降為72%，包長越短效率下降越多。由于增加一個(gè)IP頭會(huì)存在報(bào)文重新組包、分包的問題，因此需要增加分組包功能[2-5]。

為此，本文提出一種基于分層邏輯的高效戰(zhàn)術(shù)，即IP路由隔離技術(shù)，通過設(shè)計(jì)路由分層接入控制、路由計(jì)算、路由管理等技術(shù)，有效解決窄帶通信中接入終端業(yè)務(wù)傳輸效率低的問題。

2 技術(shù)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)接入子網(wǎng)及終端與骨干網(wǎng)路由隔離，設(shè)計(jì)了全新的路由技術(shù)方案。通過設(shè)計(jì)隨遇接入、名址分離等功能，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)接入控制、映射計(jì)算以及移動(dòng)管理3個(gè)子模塊，分別部署在子網(wǎng)中的接入路由器、映射路由器、名址路由器，完成網(wǎng)絡(luò)的有效路由隔離。

2.1 接入控制服務(wù)

接入控制主要是在不改變接入網(wǎng)設(shè)備的配置情況下實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)的靈活移動(dòng)。接入控制協(xié)議需要?jiǎng)討B(tài)檢測接入的名址路由器，并把接入路由器的默認(rèn)路由自動(dòng)修改為實(shí)際的名址路由器，把名址路由器的默認(rèn)路由也正確修改為實(shí)際的接入路由器，完成接入的自動(dòng)管理?；诜謱釉O(shè)計(jì)的路由隔離接入控制服務(wù)協(xié)議如圖1所示。

圖1 路由隔離接入控制服務(wù)協(xié)議

2.2 映射計(jì)算服務(wù)

路由映射計(jì)算主要通過映射協(xié)議完成，基于分層設(shè)計(jì)的路由隔離映射計(jì)算服務(wù)協(xié)議如圖2所示，其主要實(shí)現(xiàn)新型映射表A的產(chǎn)生、維護(hù)以及更新。接入網(wǎng)通過接入路由器接入時(shí)，接入路由器把接入網(wǎng)內(nèi)的所有IP網(wǎng)段都注冊到骨干網(wǎng)映射路由器的映射表B中。當(dāng)這個(gè)接入子網(wǎng)有網(wǎng)段的增加和減少時(shí)，協(xié)議同時(shí)觸發(fā)接入映射表的增加和刪除；當(dāng)接入網(wǎng)離開骨干網(wǎng)時(shí)，超時(shí)5 s將會(huì)把這個(gè)子網(wǎng)的映射表項(xiàng)刪除；當(dāng)接入網(wǎng)用新的接入點(diǎn)接入時(shí)，要更新這個(gè)子網(wǎng)內(nèi)所有網(wǎng)段的映射表項(xiàng)[6-8]。映射計(jì)算主要是維護(hù)這個(gè)集中的映射表A的完備性和正確性。

圖2 路由隔離映射計(jì)算服務(wù)協(xié)議

2.3 移動(dòng)管理服務(wù)

移動(dòng)管理主要是維護(hù)骨干網(wǎng)上名址路由器需要使用的上述映射表A的正確性和時(shí)效性。當(dāng)有需要名址分離的數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)，需要查詢源名址路由器是否有路由映射表項(xiàng)，如果存在則直接使用，如果不存在則向映射路由器申請，申請成功后直接向目的名址路由器轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)映射路由器保存使用這條映射項(xiàng)的名址路由器。當(dāng)映射路由器這條映射項(xiàng)因?yàn)橛成涔芾砟K發(fā)生變化時(shí)，則需要使受影響的名址路由器保持一致[9,10]?；诜謱釉O(shè)計(jì)的路由隔離路由管理服務(wù)協(xié)議如圖3所示。

圖3 路由隔離路由管理服務(wù)協(xié)議

3 實(shí)現(xiàn)運(yùn)用

在戰(zhàn)術(shù)通信一種典型的移動(dòng)接入場景下，本文將分析設(shè)計(jì)路由隔離業(yè)務(wù)流程，假設(shè)192.169系列網(wǎng)段的接入網(wǎng)1由于位置發(fā)生了移動(dòng)，在骨干網(wǎng)中的接入節(jié)點(diǎn)從A1變?yōu)锽1，業(yè)務(wù)需求是192.169.1.0到192.170.1.0的網(wǎng)段業(yè)務(wù)，具體通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃如圖4所示。

圖4 通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

步驟1：192.170.1.0這個(gè)網(wǎng)段在接入網(wǎng)1中發(fā)現(xiàn)沒有可以尋徑的路由，所以直接轉(zhuǎn)到默認(rèn)路由網(wǎng)管192.169.5.0設(shè)備，即轉(zhuǎn)給接入節(jié)點(diǎn)A2，再由接入節(jié)點(diǎn)A2轉(zhuǎn)發(fā)給骨干網(wǎng)的接入節(jié)點(diǎn)A1。

步驟2：接入節(jié)點(diǎn)A1查詢有沒有192.170.1.0網(wǎng)段的映射項(xiàng)，如果有則直接在接入點(diǎn)A1進(jìn)行隧道封裝。第一層IP地址為源地址172.168.1.0，目的地址為172.168.3.0，內(nèi)層IP地址的源地址為192.169.1.0，內(nèi)層IP地址的目的地址為192.170.1.0。根據(jù)A1的路由表項(xiàng)直接轉(zhuǎn)發(fā)到接入點(diǎn)C1，C1發(fā)現(xiàn)已經(jīng)到達(dá)目的地并且IP協(xié)議是IP封裝IP類型的，需要?jiǎng)兊舻谝粚覫P，投遞給接入點(diǎn)C2，這時(shí)數(shù)據(jù)IP地址的源地址為192.169.1.0，目的地址為192.170.1.0，再根據(jù)接入網(wǎng)的路由表直接進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)達(dá)到最終目的地。

步驟3：如果步驟2中的映射關(guān)系不存在，則接入點(diǎn)A1向核心映射管理設(shè)備172.168.6.0申請映射關(guān)系，核心設(shè)備收到申請后查詢目的為192.170.1.0的映射地址是172.168.3.0，然后A1直接與C1聯(lián)系確認(rèn)通信、映射正常后，A1在本地的映射表中保存192.170.1.0的映射關(guān)系，當(dāng)有相同業(yè)務(wù)時(shí)不需要再向核心路由設(shè)備申請，后續(xù)轉(zhuǎn)步驟2繼續(xù)。

步驟4：如果接入網(wǎng)從A1接入變?yōu)閺腂1接入，接入網(wǎng)通過協(xié)議信令，在核心映射設(shè)備上刪除接入網(wǎng)所有網(wǎng)段對應(yīng)的映射，添加接入網(wǎng)與B1的映射關(guān)系。

3 結(jié) 論

本文研究戰(zhàn)術(shù)窄帶通信網(wǎng)絡(luò)路由隔離IP移動(dòng)技術(shù)，通過路由分層方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)相對固定的骨干網(wǎng)和拓?fù)漕l繁變化的接入網(wǎng)之間的路由隔離，完成接入子網(wǎng)路由變化范圍的限定以及對骨干網(wǎng)的屏蔽，實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)終端在移動(dòng)過程中的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，保持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的持續(xù)高效傳輸，從而為用戶應(yīng)用服務(wù)提供統(tǒng)一的通信資源管理控制以及接入調(diào)度支撐。